JP3593981B2

JP3593981B2 - Method and apparatus for detecting movement amount between welding electrodes

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Publication number: JP3593981B2
Application number: JP2001005840A
Authority: JP
Inventors: 光憲神定
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-01-20
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2021-01-15
Also published as: US6414259B2; US20010015346A1; JP2001269776A; EP1118417B1; EP1118417A3; EP1118417A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接時におけるナゲットの膨張・収縮により一対の電極が相互に離間・近接する方向に移動させられる量を検出する溶接電極間移動量検出方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、スポット溶接に代表される抵抗溶接の分野では、溶接品質の良否をリアルタイム（溶接中）で判断するための方法として、被溶接部材に形成されるナゲットの膨張量を、溶接中の溶接電極間移動量として検出することが知られている。これは、溶接中の被溶接物の熱膨張と溶接品質との間に、深い因果関係があることを利用したものである。
【０００３】
そして、被溶接部材の熱膨張という物理現象を、溶接中の溶接電極間移動量としてとらえ、この溶接電極間移動量をどのように検出するか、あるいはその検出結果を加工して溶接品質の代用特性とするかについて、種々の方法が提案されている。
【０００４】
一般的には、溶接ガンの溶接電極間移動量を検出する検出器としては、リニアスケール（直線方向の位置を検出可能なスケール）や、レーザ測距センサ等が用いられる。また、サーボモータを駆動手段とした溶接ガンでは、モータに内蔵ないし付設される位置検出器を用いることも可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したいずれの溶接電極間移動量の検出器も、直接的に溶接中の被溶接部材の物理現象を計測することはできない。
【０００６】
すなわち、溶接打点の周辺は、溶接治具や被溶接部材との干渉が起こり易くなるため、溶接電極間移動量の検出器は、電極から離れた部位、例えばエアシリンダやサーボモータといった駆動手段における、電極に連結されて（回転ないし直線）移動させられる回転軸やピストンロツドなどの駆動部等の近傍に取り付けざるを得ないものであった。
【０００７】
このため、ナゲットの熱膨張により溶接ガンの電極を押し戻す力が、溶接ガンの撓み、およびエアシリンダやサーボモータの摩擦等の機械的なロスに吸収されてしまい、正確な溶接電極間移動量を検出することができず、結果的に、溶接品質の良否判定の精度を低下させている、という問題があった。
【０００８】
つまり、厳密には電極間寸法の変化量である溶接電極間移動量を検出しているのではなく、電極を移動させる駆動装置における駆動部の移動量を代用的に検出しているに過ぎず、これによる不都合は、特に溶接ガンの撓みが大きくなる大型の溶接ガンの場合に、顕著に現れることになる。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる溶接電極間移動量検出方法および装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記する手段により達成される。
（１）溶接ガンに取り付けられた一対の電極を、当該一対の電極の少なくとも一方に連結された駆動部を有する電極駆動手段の当該駆動部を移動させることによって、相互に近接する方向に移動させ、前記一対の電極により被溶接部材を加圧し通電して溶接を行う際に、ナゲットの膨張・収縮により前記一対の電極が相互に離間・近接する方向に移動させられる溶接電極間移動量を検出する溶接電極間移動量検出方法であって、
溶接中のナゲットの膨張・収縮による前記駆動部の電極移動方向についての移動量と、前記電極から被溶接部材に付加される加圧力による前記溶接ガンの撓み量と、を加算することによって、前記溶接電極間移動量を導出することを特徴とする溶接電極間移動量検出方法。
（２）前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの加圧力に関する剛性係数と、前記加圧力とを乗じて得られることを特徴とする請求項１に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（３）前記加圧力は、前記溶接ガンに設けられた加圧力検出手段により検出されることを特徴とする請求項２に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（４）前記溶接ガンの加圧力に関する剛性係数は、前記一対の電極を相互に近接させて少なくとも２種類以上の加圧力を生じさせたときの、当該加圧力と前記駆動部の電極移動方向の移動量との関係に基づいて算出されることを特徴とする請求項２または３に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（５）前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの歪み量に関する剛性係数と、前記溶接ガンの歪み量とを乗じて得られることを特徴とする請求項１に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（６）前記歪み量は、前記溶接ガンに設けられた歪み量検出手段により検出されることを特徴とする請求項５に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（７）前記溶接ガンの歪み量に関する剛性係数は、前記一対の電極を相互に近接させて少なくとも２種類以上の加圧力を生じさせたときの歪み量と、前記駆動部の電極移動方向の移動量との関係に基づいて算出されることを特徴とする請求項５または６に記載の溶接電極間移動量検出方法。
（８）溶接ガンに取り付けられた一対の電極を、当該一対の電極の少なくとも一方に連結された駆動部を有する電極駆動手段の当該駆動部を移動させることによって、相互に近接する方向に移動させ、前記一対の電極により被溶接部材を加圧し通電して溶接を行う際に、ナゲットの膨張・収縮により前記一対の電極が相互に離間・近接する方向に移動させられる溶接電極間移動量を検出する溶接電極間移動量検出装置であって、
溶接中のナゲットの膨張・収縮による前記駆動部の電極移動方向についての移動量を検出する駆動部移動量検出手段と、
前記駆動部移動量検出手段により検出される移動量と前記電極から被溶接部材に付加される加圧力による前記溶接ガンの撓み量とを加算することによって、前記溶接電極間移動量を導出する制御手段と、
を有することを特徴とする溶接電極間移動量検出装置。
（９）前記電極から被溶接部材に付加される加圧力を検出する加圧力検出手段を有し、前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの加圧力に関する剛性係数と前記加圧力検出手段により検出される加圧力とを乗じて得られることを特徴とする請求項８に記載の溶接電極間移動量検出装置。
（１０）前記電極から被溶接部材に加圧力が付加されたときの溶接ガンの歪み量を検出する歪み量検出手段を有し、前記撓み量は、予め求めた前記溶接ガンの歪み量に関する剛性係数と前記歪み量検出手段により検出される歪み量とを乗じて得られることを特徴とする請求項８に記載の溶接電極間移動量検出装置。
【００１１】
【発明の効果】
本発明は、請求項ごとに以下のような効果を奏する。
【００１２】
請求項１，２，８，９に記載の発明によれば、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、ナゲットの形成具合を適確に把握して、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる。
【００１３】
また、請求項５，１０に記載の発明によれば、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、ナゲットの形成具合を適確に把握して、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる上、溶接ガンの歪み量を直接検出するものであるため、歪み量の検出位置の自由度は高く、装置も簡素なものとなる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、発生した加圧力の伝達経路に存在する機械的なロスによる影響を受けないので、電極から被溶接部材に付加される加圧力をより正確に検出することができ、より高精度に溶接ガンの加圧力に関する剛性係数を算出することができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明によれば、請求項２または３に記載の発明の効果に加え、特に新たな構成を付加することなく、容易に溶接ガンの加圧力に関する剛性係数を求めることができる利点が大きい。しかも、各種の溶接ガンに対して共通して適用することができ、また、適宜、剛性係数のチェックおよび修正を行うことも容易となる。
【００１６】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明の効果に加え、発生した加圧力の伝達経路に存在する機械的なロスによる影響を受けないので、電極から被溶接部材に付加される加圧力による溶接ガンの歪み量をより正確に検出することができ、より高精度に溶接ガンの歪み量に関する剛性係数を算出することができる。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明によれば、請求項５または６に記載の発明の効果に加え、特に新たな構成を付加することなく、容易に溶接ガンの歪み量に関する剛性係数を求めることができる利点が大きい。しかも、各種の溶接ガンに対して共通して適用することができ、また、適宜、剛性係数のチェックおよび修正を行うことも容易となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面の図１〜図７及び図１４を参照して、本発明の第一の実施形態を説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る溶接装置の概略を示すブロック構成図である。
【００２０】
この溶接装置は、溶接ガン１０と制御装置２０よりなる。
【００２１】
溶接ガン１０は、ガンアーム１１、可動側電極１２および固定側電極１４、電極駆動手段としてのサーボモータ１８（以下、単にモータと記す）、および駆動部移動量検出手段としてのエンコーダ１９を有している。この溶接ガン１０は、通常、ロボットアームの先端などに取り付けられる。
【００２２】
一方、制御装置２０は、中央処理演算装置（ＣＰＵ）２２、補助演算装置２４、および記憶装置２６よりなる。
【００２３】
モータ１８の駆動部としての図示しない回転軸は、送り捩子１５に連結されている。この送り捩子１５は、可動側電極１２を支持している支持部材１６に螺合している。溶接動作時においては、モータ１８の回転軸の回転が送り捩子１５に伝達される。そして、送り捩子１５が回転することにより、支持部材１６が下方に移動して、可動側電極１２が被溶接部材１を所定の加圧力で加圧する。
【００２４】
エンコーダ１９は、モータ１８の回転軸に取り付けられており、モータ１８の駆動部の移動量（回転軸の回転量）を計測する。エンコーダ１９からの信号は、ＣＰＵ２２に伝達され、溶接中の溶接電極間移動量の算出に利用される。
【００２５】
また、ＣＰＵ２２は、予め記憶装置２６に記憶されている溶接プログラムに従つて、モータ１８に可動側電極１２の加圧ないし開放指令を出力し、溶接に必要なモータのトルクの制御を行う。さらに、ＣＰＵ２２は、電極に印加する電流の制御なども行っている。
【００２６】
記憶装置２６は、溶接プログラムや溶接条件（溶接加圧力、溶接電流、通電時間、通電間隔）などを記憶している。
【００２７】
なお、サーボモータを電極駆動手段とした溶接ガンの多くは、ロボットのアプリケーションとして位置付けられているため、制御装置２０は、一般に、ロボット制御装置に内蔵される場合が多い。したがって、溶接ガン１０のモータ１８もロボットの１軸として動作され位置制御されるので、モータ１８には、通常、サーボモータ位置検出器であるエンコーダ１９が組み込まれている。
【００２８】
本実施形態では特に、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力を検出する加圧力検出手段としての加圧力検出器１７が、電極が取り付けられた溶接ガン１０のガンアーム１１に設けられている。具体的には、図１に示すように、加圧力検出器１７は、可動側電極１２を支持している支持部材１６に設けられている。但し、加圧力検出器１７は、電極間に発生する加圧力と同等の加圧力を検出できる部位であれば、ガンアーム１１の任意の部位に設けることが可能である。また、加圧力検出器１７としては、例えば圧力センサが使用されるが、具体的にはストレインゲージの入力部にダイヤフラムを介在して得られた圧力値を電気信号として出力する方式や、圧電素子を用いて直接圧力値を電気信号として出力する方式等があるが、これら圧力センサ自体は公知の技術でもあるので、詳細説明を省略する。そして、加圧力検出器１７からの信号は、ＣＰＵ２２に伝達される。ＣＰＵ２２においては、被溶接部材１に付加される加圧力は、溶接中の電極間移動量の算出に利用される。
【００２９】
溶接装置による溶接作業は、概略以下のように行われる。まず、被溶接部材１に、その上下方向から電極１２，１４が所定の溶接加圧力で圧接する。被溶接部材１が圧接された状態で、両電極１２，１４に、ＣＰＵ２２の制御により図示しない電源から溶接電流が供給されて、溶接が開殆される。溶接が開始されると被溶接部材１における溶接点では、ナゲットの形成が始まり、部材が溶融して熱膨張する。このときナゲットの膨張による力が溶接加圧力より強ければ電極１２を押し戻し、モータ１８が逆回転することになる。その後電極１２、１４への通電を止めるとナゲットは収縮する。この膨張・収縮が一定時間（溶接時間）の間行われ、適宜なナゲットの形成が行われて、溶接終了となる。この溶接時におけるナゲットの膨張や収縮による電極１２の移動量は、モータ１８の回転軸の回転量としてエンコーダ１９により計測されている。
【００３０】
ところで、溶接ガン１０のガンアーム１１は、電極１２が被溶接部材１に圧接し、モータ１８のトルクが強くなると、その剛性に応じて撓みが生じるが、電極１２の加圧中はその加圧力と撓みとの釣り合いがとれた状態で静止する。この状態で溶接を開始すると、被溶接部材１に形成されるナゲットの熱膨張により一瞬、ガンアーム１１の撓み量が増加する。このとき、その加圧力と撓みとの釣り合いが不均衡となり、この釣り合いが平衡するまで電極１２が押し戻され、電極１２の変位量がエンコーダ１９によって計測される。
【００３１】
したがって、エンコーダ１９によって計測される値は、ナゲットの膨張・収縮量それ自体ではなく、あくまで電極１２の移動量のみをモータの回転軸の回転量として計測したものである。したがって、これだけでは、ナゲットの膨張および／または収縮により一対の電極１２，１４が相互に離間および／または近接する方向に移動させられる量である溶接電極間移動量を、正確に検出することはできない。本発明は、かかる課題を解決する手段を提供するものである。
【００３２】
図２は溶接電極間移動量を検出する方法を説明するための模式図、図３は溶接電極間移動量を検出する方法を示す制御ブロック図、図４は加圧力に基づき溶接ガンの剛性係数を求める方法を説明するための模式図、図５は加圧力と溶接ガンの撓み量との関係を示す図である。
【００３３】
図２，３に示すように、本実施形態では、モータ１８の駆動部の電極移動方向についての移動量ｈ（回転軸の回転量に対応する軸方向の送り量）と、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力ｐにガンアーム１１の剛性に対応した係数（以下、加圧力に関する剛性係数ｋ１と称する）を乗じて得られる撓み量ｐｋ１と、を加算することにより溶接電極間移動量Ｈを導出する（Ｈ＝ｈ＋ｐｋ１）。ここで、加圧力に関する剛性係数ｋ１は単位加圧力を加えたときのガンアームの電極移動方向の撓み量であって、この剛性が低いほど係数は大きくなり、剛性が高いほど係数は小さくなる。
【００３４】
すなわち、モータ１８に内蔵されたサーボモータ位置検出器であるエンコーダ１９を用いて、溶接中のナゲット２の熱膨張・収縮によるモータ１８の駆動部の電極移動方向についての移動量ｈを検出すると共に、エンコーダ１９では出力されないナゲット２の熱膨張・収縮によるガンアーム１１の撓み量ｐｋ１を求め、両者を加算することにより真の溶接電極間移動量、すなわちナゲットの膨張・収縮により一対の電極１２，１４が相互に離間・近接する方向に移動させられる量を導き出すようにしている。
【００３５】
ガンアーム１１の撓み量ｐｋ１は、加圧力検出器１７の出力に、加圧力に関する剛性係数ｋ１を乗じて求めることができる。ここで、加圧力検出器１７は電極１２，１４が締結されるガンアーム１１に設けられているため、例えば電極１２，１４の駆動手段としてのモータ１８の出力値を利用するのに比べ、発生加圧力の伝達経路に存在する機械的なロスによる影響を受けない。したがって、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力ｐをより正確に検出することができ、より高精度にガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を算出することができる。
【００３６】
図３，４に示すように、ガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１は、一対の電極１２，１４を相互に近接させて少なくとも２種類以上の加圧力を生じさせたときの、当該加圧力とモータ１８の回転軸の回転量との関係、に基づいて算出される。
【００３７】
すなわち、加圧力に関する剛性係数ｋ１を算出する場合、まず予め、溶接ガン１０のモータ１８により任意のモータ発生力Ｆを加え、このときのガンアーム１１に組み込んだ加圧力検出器１７の出力値である加圧力ｐと、エンコーダ１９を用いて検出したモータ１８の駆動部の電極移動方向についての位置ｈ（回転軸の回転位置に対応した軸方向送り位置、以下モータ位置と称する）と、を記憶装置２６に記憶する。なお、測定時に、電極１２，１４の間に被溶接部材１等の介在物を挟むか否かは任意である。次いで、上記とは異なる適当なモータ発生力Ｆ′を加えたときの加圧力検出器１７の出力値である加圧力ｐ′と、エンコーダ１９を用いて検出したモータ位置ｈ′と、をさらに記憶装置２６に記憶する。こうして加圧力とモータ位置との組のデータを少なくとも２点以上取得する。
【００３８】
ここで、加圧力を付加することによるガンアーム１１の撓みは、モータ位置の変化となって現れることになる。したがって、取得した組のデータのそれぞれの点でのモータ位置の変化量すなわちガンアーム１１の撓み量を、加圧力の変化量で除算することにより、ガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を求めることができる。
【００３９】
このようにすれば、特に新たな構成を付加することなく、容易に加圧力に関する剛性係数ｋ１を求めることができる利点が大きい。しかも、各種の溶接ガンに対して共通して適用することができ、また、適宜、加圧力に関する剛性係数ｋ１のチェックおよび修正を行うことも容易となる。
【００４０】
例えば加圧力とモータ位置との組のデータが、（ｐ，ｈ）、（ｐ′，ｈ′）の２点の場合は、ｋ１＝（ｈ′−ｈ）／（ｐ′−ｐ）となる。
【００４１】
図５に示すように、多数の点のデータを取得する場合には、回帰直線Ａを求めてその傾きを係数ｋ１とすることができる。なお、溶接ガンの剛性が低い場合は、図５において傾きの大きい回帰直線Ｂとなり、剛性が高い場合は、傾きの小さい回帰直線Ｃとなる。
【００４２】
次に、溶接装置における電極間移動量の具体的な検出方法について、図６，７に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４３】
本実施形態では、溶接作業を行う前に、予め、ガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を求める。
【００４４】
図６に示すように、ＣＰＵ２２は、モータ１８を動作させ、可動電極１２を加圧方向、つまり電極１４に近接する方向に低速移動させる（Ｓｌｌ）。電極１２が被溶接部材１を加圧する位置に到達すると（Ｓ１２）、溶接ガンの許容最大加圧力の範囲内で任意に決定された、一の加圧力を設定する（Ｓ１３）。なお、ここで設定される加圧力は、実際には、例えばモータ１８のトルク値によって管理されるものである。
【００４５】
ＣＰＵ２２は、設定された加圧力を目標に、モータ１８を動作させて加圧を行う（Ｓ１４）。設定された加圧力に到達した時点で（Ｓ１５）、ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データを記憶装置２６に記憶し（Ｓ１６）、また、ガンアーム１１に組み込まれた加圧力検出器１７の出力データ（実発生加圧力）を記憶装置２６に記憶する（Ｓ１７）。
【００４６】
Ｓ１３〜Ｓ１７の動作が少なくとも２回以上繰り返され、加圧力およびモー夕位置、すなわち加圧力および溶接ガンの撓み量の組のデータの計測がすべて完了すると（Ｓ１８）、図５に示したような、加圧力と溶接ガンの撓み量の回帰直線の算出が行われる（Ｓ１９）。そして、回帰直線の傾きから、ガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を算出する（Ｓ２０）。
【００４７】
次いで、溶接作業に入る。図示しないロボットアームを動かして溶接ガン１０を被溶接部材１の溶接箇所に移動させた後、ＣＰＵ２２は、モータ１８を動作させ、可動電極１２を加圧方向、つまり電極１４に近接する方向に低速移動させる（Ｓ３１）。電極１２が被溶接部材１を加圧する位置に到達すると（Ｓ３２）、ＣＰＵ２２は、溶接条件として予め設定された溶接加圧力を目標に、モータ１８を動作させて加圧を行う。溶接加圧力に到達した時点で（Ｓ３４）、ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データｈ０、およびガンアーム１１に組み込まれた加圧力検出器１７の出力データ（実発生加圧力）ｐ０を記憶装置２６に記憶する（Ｓ３５）。
【００４８】
そして、初回測定としてｎ＝１を入力した後（Ｓ３６）、溶接条件として設定された溶接電流にて通電を開始する（Ｓ３７）。ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データｈｎを記憶装置２６に記憶し（Ｓ３８）、通電開始前からの可動電極１２の移動量Ｈｎｈを、Ｈｎｈ＝ｈｎ−ｈ０の式により算出する。また、ガンアーム１１に組み込まれた加圧力検出器１７の出力データｐｎを記憶装置２６に記憶する（Ｓ４０）。
【００４９】
次いで、図６により求められたガンアーム１１の加圧力に関する剛性係数ｋ１を用いて、通電開始前からの溶接ガンの撓み量Ｈｎｐを、Ｈｎｐ＝（ｐｎ−Ｐ０）×ｋ１の式により算出する（Ｓ４１）。真の溶接電極間移動量Ｈｎは、Ｈｎ＝Ｈｎｈ＋Ｈｎｐにより算出される（Ｓ４２）。上記したＳ３８〜Ｓ４２の動作が繰り返され、電極間移動量Ｈｎの値は、ｎ＝１、２、…と所定時間間隔で得られる（Ｓ４５）。そして、予め設定された通電時間が完了したと判断されると（Ｓ４３）、通電が停止される（Ｓ４４）。
【００５０】
図１４は、図７の検出方法で得られた溶接電極間移動量の時間的変化の一例を示す図である。
【００５１】
図１４に示すように、モータ位置ｈだけでは真の溶接電極間移動量は得られず、加圧力ｐに溶接ガンの加圧力に関する剛性係数ｋ１を乗じて得られる撓み量ｐｋ１をモータ位置ｈに加算することによって初めて、真の溶接電極間移動量Ｈを得ることができることがわかる。そして、真の溶接電極間移動量Ｈのグラフの例えば最大値や傾き、あるいは収縮による変化量などから、ナゲットの形成具合を把達し、結果として、溶接品質の良否判定を行うことができる。
【００５２】
このように本実施形態によれば、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、ナゲットの形成具合を適確に把握して、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる。
【００５３】
次に、添付した図面の図８〜図１４を参照して、本発明の第二の実施形態を説明する。
【００５４】
図８は、図１に示す溶接装置の加圧力検出器１７に代えて、歪み量検出器７を設けた場合の概略を示すブロック構成図で、図１と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
溶接ガン１０は、ガンアーム１１、可動側電極１２および固定側電極１４、電極駆動手段としてのサーボモータ１８（以下、単にモータと記す）、および駆動部移動量検出手段としてのエンコーダ１９を有しており、この溶接ガン１０は、ロボットアームの先端などに取り付けられる。また、この溶接ガン１０は制御装置２０に接続され、予め記憶装置２６に記憶されている溶接プログラムに従って、ＣＰＵ２２にてモータ１８に可動側電極１２の加圧ないし開放指令を出力し、溶接に必要なモータのトルクの制御を行う等は図１と同様であるので、図示及び詳細説明を省略する。
【００５６】
モータ１８の駆動部としての図示しない回転軸は、送り捩子１５に連結されている。この送り捩子１５は、可動側電極１２を支持している支持部材１６に螺合している。溶接動作時においては、モータ１８の回転軸の回転が送り捩子１５に伝達される。そして、送り捩子１５が回転することにより、支持部材１６が下方に移動して、可動側電極１２が被溶接部材１を所定の加圧力で加圧する。
【００５７】
そして、電極１２，１４から被溶接部材１に加圧力が付加される際に、溶接ガン１０の歪み量を検出する歪み量検出手段としての歪み量検出器７が、電極が取り付けられたガンアーム１１に設けられている。具体的には、図８に示すように、歪み量検出器７は、可動側電極１２を支持している支持部材１６に設けられている。
【００５８】
但し、歪み量検出器７は、電極間に発生する加圧力により生じる歪み量を検出できる部位であれば、ガンアーム１１の任意の部位に設けることが可能であり、例えば点線で示すようにガンアーム１１に設けてもよい。また、歪み量検出器７としては、例えば歪みセンサが使用されるが、具体的にはストレインゲージより得られる歪み量を直接電気信号として出力する方式や、圧電素子を積層する等により歪み量を電気信号として出力する方式等があり、これら歪みセンサ自体は公知の技術でもあるので、詳細説明を省略する。特に、第二の実施の形態の歪み量検出器７では、ガンアーム１１等に貼り付けて歪み量を直接検出するものであるので、加圧力検出器１７に比して装着性が良好で構造も簡素である。
【００５９】
そして、歪み量検出器７からの信号は、ＣＰＵ２２に伝達される。ＣＰＵ２２においては、被溶接部材１に付加される加圧力は、溶接中の電極間移動量の算出に利用される。
【００６０】
溶接装置による溶接作業は、概略以下のように行われる。まず、被溶接部材１に、その上下方向から電極１２，１４が所定の溶接加圧力で圧接する。被溶接部材１が圧接された状態で、両電極１２，１４に、ＣＰＵ２２の制御により図示しない電源から溶接電流が供給されて、溶接が開殆される。溶接が開始されると被溶接部材１における溶接点では、ナゲットの形成が始まり、部材が溶融して熱膨張する。このときナゲットの膨張による力が溶接加圧力より強ければ電極１２を押し戻し、モータ１８が逆回転することになる。その後電極１２、１４への通電を止めるとナゲットは収縮する。この膨張・収縮が一定時間（溶接時間）の間行われ、適宜なナゲットの形成が行われて、溶接終了となる。この溶接時におけるナゲットの膨張や収縮による電極１２の移動量は、モータ１８の回転軸の回転量としてエンコーダ１９により計測されている。
【００６１】
ところで、ガンアーム１１は、電極１２が被溶接部材１に圧接し、モータ１８のトルクが強くなると、その剛性に応じて撓みが生じるが、電極１２の加圧中はその加圧力と撓みとの釣り合いがとれた状態で静止する。この状態で溶接を開始すると、被溶接部材１に形成されるナゲットの熱膨張により一瞬、ガンアーム１１の撓み量が増加する。このとき、その加圧力と撓みとの釣り合いが不均衡となり、この釣り合いが平衡するまで電極１２が押し戻され、電極１２の変位量がエンコーダ１９によって計測される。
【００６２】
したがって、エンコーダ１９によって計測される値は、ナゲットの膨張・収縮量それ自体ではなく、あくまで電極１２の移動量のみをモータの回転軸の回転量として計測したものである。したがって、これだけでは、ナゲットの膨張および／または収縮により一対の電極１２，１４が相互に離間および／または近接する方向に移動させられる量である溶接電極間移動量を、正確に検出することはできない。本発明は、かかる課題を解決する手段を提供するものである。
【００６３】
図９は、溶接電極間移動量を検出する方法を説明するための模式図、図１０は、溶接電極間移動量を検出する方法を示す制御ブロック図、図１１は溶接ガンの歪み量に関する剛性係数を求める方法を説明するための模式図である。
【００６４】
図９，１０に示すように、本実施形態では、モータ１８の駆動部の電極移動方向についての移動量ｈ（回転軸の回転量に対応する軸方向の送り量）と、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力により生じるガンアーム１１の歪み量Δｘに関する剛性に対応した係数（以下、歪み量に関する剛性係数ｋ２と称する）を乗じて得られる撓み量Δｘｋ２と、を加算することにより溶接電極間移動量Ｈを導出する（Ｈ＝ｈ＋Δｘｋ２）。ここで、歪み量に関する剛性係数ｋ２は所定の加圧力により生じる単位歪み量に対する溶接ガンの電極移動方向の撓み量であって、この剛性が低いほど係数は大きくなり、剛性が高いほど係数は小さくなる。
【００６５】
すなわち、モータ１８に内蔵されたサーボモータ位置検出器であるエンコーダ１９を用いて、溶接中のナゲット２の熱膨張・収縮によるモータ１８の駆動部の電極移動方向についての移動量Δｈを検出すると共に、エンコーダ１９では出力されないナゲット２の熱膨張・収縮によるガンアーム１１の撓み量Δｘｋ２を求め、両者を加算することにより真の溶接電極間移動量、すなわちナゲットの膨張・収縮により一対の電極１２，１４が相互に離間・近接する方向に移動させられる量を導き出すようにしている。
【００６６】
ガンアーム１１の撓み量Δｘｋ２は、歪み量検出器７の出力に、歪み量に関する剛性係数ｋ２を乗じて求めることができる。ここで、歪み量検出器７は電極１２，１４が締結されるガンアーム１１に設けられているため、例えば電極１２，１４の駆動手段としてのモータ１８の出力値を利用するのに比べ、発生加圧力の伝達経路に存在する機械的なロスによる影響を受けない。したがって、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力により生じる歪み量をより正確に検出することができ、より高精度にガンアーム１１の歪み量に関する剛性係数ｋ２を算出することができる。
【００６７】
図１０，１１に示すように、歪み量に基づき求めた溶接ガンの歪み量に関する剛性係数ｋ２は、一対の電極１２，１４を相互に近接させて少なくとも２種類以上の加圧力を生じさせたときの歪み量と、当該歪み量とモータ１８の回転軸の回転量との関係、に基づいて算出される。
【００６８】
すなわち、歪み量に関する剛性係数ｋ２を算出する場合、まず予め、溶接ガン１０のモータ１８により任意のモータ発生力Ｆを加え（このとき電極１２，１４に加わる加圧力はＰ０）、ガンアーム１１に組み込んだ歪み量検出器７より歪み量Δｘ０が出力され、この出力値Δｘ０と、エンコーダ１９を用いて検出したモータ１８の駆動部の電極移動方向についての位置ｈ（回転軸の回転位置に対応した軸方向送り位置、以下モータ位置と称する）と、を記憶装置２６に記憶する。
【００６９】
なお、測定時に、電極１２，１４の間に被溶接部材１等の介在物を挟むか否かは任意である。次いで、上記とは異なる適当なモータ発生力Ｆ′を加え（このとき電極１２，１４に加わる加圧力はｐｎ）、前記歪み量検出器７より出力される歪み量Δｘｎと、エンコーダ１９を用いて検出したモータ位置ｈ′と、をさらに記憶装置２６に記憶する。こうして加圧力とモータ位置との組のデータを少なくとも２点以上取得する。
【００７０】
ここで、加圧力を付加することによるガンアーム１１の撓みは、モータ位置の変化となって現れることになる。したがって、取得した組のデータのそれぞれの点でのモータ位置の変化量すなわちガンアーム１１の撓み量を、歪み量の変化量で除算することにより、ガンアーム１１の剛性係数ｋ２を求めることができる。
【００７１】
このようにすれば、特に新たな構成を付加することなく、容易に歪み量に関する剛性係数ｋ２を求めることができる利点が大きい。しかも、各種の溶接ガンに対して共通して適用することができ、また、適宜、歪み量に関する剛性係数ｋ２のチェックおよび修正を行うことも容易となる。
【００７２】
例えば歪み量とモータ位置との組のデータが、（Δｘ０，ｈ）、（Δｘｎ，ｈ′）の２点の場合は、ｋ２＝（ｈ′−ｈ）／（Δｘｎ−Δｘ０）となる。
【００７３】
このとき、多数の点のデータを取得する場合には、最小二乗法により回帰直線を求めてその傾きを係数ｋ２とすることができる。この回帰式の導出方法としては、まず溶接ガン１０のモータ１８により任意の加圧力を加え、そのときの歪み量検出器７の出力値Δｘ０とモータ１８の位置ｈ０を記憶装置に記憶する。次に前回とは異なる任意の加圧力を加え、そのときの歪み量検出器７の出力値Δｘ１とモータ１８の位置ｈ１を記憶装置２６に記憶する。同様にして、このモータ位置と歪み量を最低２点以上（Δｘ０〜Δｘｎ、ｈ０〜ｈｎ）を取得し、次にそれぞれの点の歪み量の変化量と電極移動方向変化量から最小二乗法を用いて回帰式を導出することができるが、最小二乗法等は公知であるので、詳述は省略する。
【００７４】
次に、溶接装置における電極間移動量の具体的な検出方法について、図１２，１３に示すフローチャートを参照して説明する。
【００７５】
本実施形態では、溶接作業を行う前に、予め、ガンアーム１１の歪み量に関する剛性係数ｋ２を求める。
【００７６】
図１２に示すように、ＣＰＵ２２は、モータ１８を動作させ、可動電極１２を加圧方向、つまり電極１４に近接する方向に低速移動させる（Ｓｌｌ）。電極１２が被溶接部材１を加圧する位置に到達すると（Ｓ１２）、溶接ガンの許容最大加圧力の範囲内で任意に決定された、一の加圧力を設定する（Ｓ１３）。なお、ここで設定される加圧力は、実際には、例えばモータ１８のトルク値によって管理されるものである。
【００７７】
ＣＰＵ２２は、設定された加圧力を目標に、モータ１８を動作させて加圧を行う（Ｓ１４）。設定された加圧力に到達した時点で（Ｓ１５）、ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データを記憶装置２６に記憶し（Ｓ１６）、また、ガンアーム１１に組み込まれた歪み量検出器７の出力データ（実発生歪み量）を記憶装置２６に記憶する（Ｓ１７）。
【００７８】
Ｓ１３〜Ｓ１７の動作が少なくとも２回以上繰り返され、歪み量およびモー夕位置、すなわち歪み量および溶接ガンの撓み量の組のデータの計測がすべて完了すると（Ｓ１８）、回帰直線の算出が行われる（Ｓ１９）。そして、回帰直線の傾きから、ガンアーム１１の歪み量に関する剛性係数ｋ２を算出する（Ｓ２０）。
【００７９】
次いで、溶接作業に入る。図示しないロボットアームを動かして溶接ガン１０を被溶接部材１の溶接箇所に移動させた後、ＣＰＵ２２は、モータ１８を動作させ、可動電極１２を加圧方向、つまり電極１４に近接する方向に低速移動させる（Ｓ３１）。電極１２が被溶接部材１を加圧する位置に到達すると（Ｓ３２）、ＣＰＵ２２は、溶接条件として予め設定された溶接加圧力を目標に、モータ１８を動作させて加圧を行う。溶接加圧力に到達した時点で（Ｓ３４）、ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データｈ０、およびガンアーム１１に組み込まれた歪み量検出器７の出力データ（実発生歪み量）ｘ０を記憶装置２６に記憶する（Ｓ３５）。
【００８０】
そして、初回測定としてｎ＝１を入力した後（Ｓ３６）、溶接条件として設定された溶接電流にて通電を開始する（Ｓ３７）。ＣＰＵ２２は、エンコーダ１９を用いて検出した可動電極１２の軸方向の位置データｈｎを記憶装置２６に記憶し（Ｓ３８）、通電開始前からの可動電極１２の移動量Ｈｎｈを、Ｈｎｈ＝ｈｎ−ｈ０の式により算出する。また、ガンアーム１１に組み込まれた歪み量検出器７の出力データＸｎを記憶装置２６に記憶する（Ｓ４０）。
【００８１】
次いで、図１２により求められたガンアーム１１の剛性係数ｋ２を用いて、通電開始前からの溶接ガンの撓み量Ｈｎｘを、Ｈｎｘ＝（ｘｎ−ｘ０）×ｋ２の式により算出する（Ｓ４１）。真の溶接電極間移動量Ｈｎは、Ｈｎ＝Ｈｎｈ＋Ｈｎｘにより算出される（Ｓ４２）。上記したＳ３８〜Ｓ４２の動作が繰り返され、電極間移動量Ｈｎの値は、ｎ＝１、２、…と所定時間間隔で得られる（Ｓ４５）。そして、予め設定された通電時間が完了したと判断されると（Ｓ４３）、通電が停止される（Ｓ４４）。
【００８２】
ここで図１３の検出方法で得られた溶接電極間移動量の時間的変化の例としては、図１４に示す通りである。
【００８３】
図１４に示すように、モータ位置ｈだけでは真の溶接電極間移動量は得られず、歪み量Δｘに溶接ガンの歪み量に関する剛性係数ｋ２を乗じて得られる撓み量Δｘｋ２をモータ位置ｈに加算することによって初めて、真の溶接電極間移動量Ｈを得ることができることがわかる。そして、真の溶接電極間移動量Ｈのグラフの例えば最大値や傾き、あるいは収縮による変化量などから、ナゲットの形成具合を把達し、結果として、溶接品質の良否判定を行うことができる。
【００８４】
なお、図８に示すように、歪み量検出器７を溶接ガン１０の可動側電極１２側にある支持部材１６に設けた例を示したが、例えば点線で示すように、固定側電極１４側のガンアーム１１に設けてもよく、このようにガンアーム１１に設けた場合には、加圧力によりガンアーム１１が歪む量は大きくなることから、より大きな出力値が得られ、正確な歪み量が検出できる。すなわち、前記の溶接ガン１０はＣガンタイプと称し、固定電極は被溶接部材との干渉を避ける為大きくまわりこむようなガンアーム１１の構造を有する。この為、固定電極側にある大きく湾曲したガンアーム１１では小さな加圧力で大きな歪み量が得られる。
【００８５】
このように本実施形態によれば、溶接中の溶接電極間移動量を正確に検出することにより、ナゲットの形成具合を適確に把握して、溶接品質の良否判定の精度を向上させることができる。
【００８６】
図１５，１６は更に他の実施形態を示すブロック図であるが、第一の実施の形態及び第２の実施の形態では、溶接ガン１０の形態としてＣガンタイプについて説明したが、その他のロボット溶接ガンの形態として加圧力検出器１７と歪み量検出器７のいずれを選択するのが好適かを示したものである。
【００８７】
ここで、図１５は一つの電極で被溶接部材１の片面から押し付けるスタッドガンタイプで、図１６は１対の電極でワークを挟み込むＸガンタイプを示す。
【００８８】
図１５に示すスタッドガンタイプの溶接ガン３０は、アーム３５ａ〜３５ｄ及び関節３１ａ〜３１ｆを備える６自由度ロボットの関節３１ｆに設けた支持部３３に取り付けられている（なお、関節３１ｆにアームを設け、このアーム先端に支持部３３を取り付けてもよい）。そして、支持部３３には、電極ホルダ３６を介して可動側電極１２が設けられ、電極駆動手段としてのサーボモータ１８（以下、単にモータと記す）、および駆動部移動量検出手段としてのエンコーダ１９を有している。一方、可動側電極１２と対向する位置には、固定部３４に固定側電極１４が設けてある。
【００８９】
なお、溶接ガン３０は図外の制御装置２０に接続されるのであるが、前述の実施形態と同様なので、説明は省略する。
【００９０】
モータ１８の駆動部としての図示しない回転軸は、同じく図示しない送り捩子に連結され、この送り捩子が回転することにより、電極ホルダ３６が下方に移動して、可動側電極１２が被溶接部材１を所定の加圧力Ｗで加圧する。
【００９１】
エンコーダ１９は、モータ１８の回転軸に取り付けられており、モータ１８の駆動部の移動量（回転軸の回転量）を計測する。エンコーダ１９からの信号は、図外のＣＰＵ２２に伝達され、溶接中の溶接電極間移動量の算出に利用され、また、ＣＰＵ２２は、予め記憶装置２６に記憶されている溶接プログラムに従つて、モータ１８に可動側電極１２の加圧ないし開放指令を出力し、溶接に必要なモータのトルクの制御を行う。さらに、ＣＰＵ２２は、電極に印加する電流の制御なども行っているのであるが、前述したと同様なので説明は省略する。
【００９２】
本実施形態では特に、電極１２，１４から被溶接部材１に付加される加圧力を検出する加圧力検出器１７が、前記電極ホルダ３６に設けられている。
なお、加圧力検出器１７は図１において説明したものと同様の圧力センサで構成される。
【００９３】
この例で示すスタッドガンタイプでは、加圧力が発生する力点と電極の力点が同軸、あるいは近傍に位置し、長尺なガンアームを持たないため、発生する歪量は微少なものとなる。一方センサの装着性の面では、スタッドガンタイプはガン構造が電極ホルダ３６を介して電極と結合するので、加圧力検出器１７は容易に取り付けできる。そのため、このスタッドガンタイプでは加圧力検出器１７を用いるのが好適である。
【００９４】
図１６に示すＸガンタイプの溶接ガン４０は、アーム４５ａ〜４５ｄ及び関節４１ａ〜４１ｆを備える６自由度ロボットの関節４１ｆに図外の支持部を介して取り付けられている（なお、関節４１ｆにアームを設け、このアーム先端に支持部を取り付けてもよい）。そして、図外の支持部には、電極駆動手段としてのサーボモータ４８（以下、単にモータと記す）、および駆動部移動量検出手段としての図外のエンコーダを有している。また、モータ４８の出力部には、一対のガンアーム４１，４１が設けてあり、図外の駆動伝達機構により一対のガンアーム４１，４１が開閉駆動されるようになっているが、公知の技術であるので図示及び説明は省略する。また、溶接ガン４０の一対のガンアーム４１，４１の先端部には、それぞれ可動側電極１２，１２が設けてあり、一対のガンアーム４１が閉動作することにより、可動側電極１２，１２が被溶接部材１を狭持して所定の加圧力Ｗで加圧する。
【００９５】
なお、溶接ガン３０は図外の制御装置２０に接続されるのであるが、前述の実施形態と同様なので、説明は省略する。
【００９６】
本実施形態では特に、可動側電極１２，１２を設けた一対のガンアーム４１，４１のそれぞれに、被溶接部材１に所定の加圧力が付与されたとき生じる歪み量を検出する歪み量検出器７，７が設けられている。
【００９７】
なお、歪み量検出器７は図８に示す第二の実施の形態として説明したものと同様の歪みセンサで構成される。
【００９８】
この例で示すＸガンタイプは、可動電極側双方にガンアーム４１，４１を持ち、加圧力が発生する力点と電極の力点の軸が長いため、両ガンアーム４１，４１に発生する歪量は大きくなる。一方、センサの装着性の面では、加圧力検出器ではガンアーム４１，４１の一部として組み込み、直接的に加圧力を受けなければならず、溶接電流の電路となるガンアーム４１，４１への取付けは構造を複雑にせざるを得ない。これに対し、歪み量検出器７の場合はガンアーム４１，４１の側面に貼り付けるだけでよいので、貼り付けは容易である。そのため、このタイプでは歪み量検出器７を用いるのが好適である。
【００９９】
なお、図１、図８に示すＣガンタイプでは、前述したように可動電極側に圧力センサを設けると取付けが容易であるが歪量は微少となるため、可動側電極にセンサを設ける場合には、加圧力検出器が好適である。
【０１００】
一方、固定側電極では長尺で大きく湾曲したガンアーム１１があるので、小さな加圧力で大きな歪み量が得られるので、固定側電極にセンサを設ける場合には、歪み量検出器を設けるのが好適である。また歪み量検出器は、直接ガンアーム１１に貼り付けて歪み量を検出するものであるので、貼り付け位置の自由度が高く、装着も容易で装置も簡素である。
【０１０１】
以上本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、電極駆動手段としてサーボモータを利用した溶接装置を示したが、これに代えてオイルシリンダやエアシリンダを用いたものであってもよく、このような場合、電極駆動手段の駆動部の移動量を検出する手段としては、例えばピストンの出、戻り量を計測するゲージが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶接装置の概略を示すブロック構成図である。
【図２】溶接電極間移動量を検出する方法を説明するための模式図である。
【図３】溶接電極間移動量を検出する方法を示す制御ブロック図である。
【図４】溶接ガンの剛性係数を求める方法を説明するための模式図である。
【図５】加圧力と溶接ガンの撓み量との関係を示す図である。
【図６】溶接ガンの剛性係数を求める方法を示すフローチャートである。
【図７】溶接電極間移動量の具体的な検出方法を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る溶接装置の他の実施形態の概略を示すブロック構成図である。
【図９】溶接電極間移動量を検出する方法を説明するための模式図である。
【図１０】溶接電極間移動量を検出する方法を示す制御ブロック図である。
【図１１】溶接ガンの剛性係数を求める方法を説明するための模式図である。
【図１２】溶接ガンの剛性係数を求める方法を示すフローチャートである。
【図１３】溶接電極間移動量の具体的な検出方法を示すフローチャートである。
【図１４】図７または図１３の検出方法で得られた溶接電極間移動量の時間的変化の一例を示すである。
【図１５】本発明に係る溶接装置の他の実施形態の概略を示すブロック構成図である。
【図１６】本発明に係る溶接装置の他の実施形態の概略を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１・・・被溶接部材、
２・・・ナゲット、
７・・・歪み量検出器（歪み量検出手段）、
１０・・・溶接ガン、
１１・・・ガンアーム、
１２、１４・・・電極、
１７・・・加圧力検出器（加圧力検出手段）、
１８・・・サーボモータ（電極駆動手段）、
１９・・・エンコーダ（駆動部移動量検出手段）、
２０・・・制御装置、
４１・・・ガンアーム、
ｋ１・・・加圧力に関する剛性係数、
ｋ２・・・歪み量に関する剛性係数。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and an apparatus for detecting a movement amount between welding electrodes, which detects an amount by which a pair of electrodes is moved in a direction away from or close to each other due to expansion and contraction of a nugget during welding.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of resistance welding represented by spot welding, as a method for determining the quality of welding quality in real time (during welding), the amount of expansion of a nugget formed in a member to be welded is determined by welding during welding. It is known to detect the amount of movement between electrodes. This is based on the fact that there is a deep causal relationship between the thermal expansion of the workpiece during welding and the welding quality.
[0003]
Then, the physical phenomenon of thermal expansion of the member to be welded is taken as the amount of movement between the welding electrodes during welding, and how this amount of movement between the welding electrodes is detected, or the detection result is processed to substitute for the welding quality. Various methods have been proposed for determining the characteristics.
[0004]
Generally, a linear scale (a scale capable of detecting a position in a linear direction), a laser distance measuring sensor, or the like is used as a detector for detecting the amount of movement between welding electrodes of a welding gun. In a welding gun using a servomotor as a driving means, a position detector built in or attached to the motor can be used.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, none of the above-described detectors of the displacement between the welding electrodes can directly measure the physical phenomenon of the member to be welded during welding.
[0006]
That is, since the vicinity of the welding point is likely to cause interference with the welding jig and the member to be welded, the detector of the amount of movement between the welding electrodes is located at a position distant from the electrodes, for example, a driving means such as an air cylinder or a servomotor. In addition, it has to be mounted near a driving part such as a rotating shaft or a piston rod which is connected (rotated or linearly) moved to the electrode.
[0007]
Therefore, the force that pushes back the electrode of the welding gun due to the thermal expansion of the nugget is absorbed by the bending of the welding gun and the mechanical loss such as the friction of the air cylinder and servomotor, and the accurate amount of movement between the welding electrodes is reduced. As a result, there was a problem that the accuracy of the determination of the quality of the welding quality was reduced.
[0008]
In other words, strictly, it does not detect the amount of movement between the welding electrodes, which is the amount of change between the electrodes, but merely detects the amount of movement of the drive unit in the drive device that moves the electrodes. Inconveniences caused by this will be particularly noticeable in the case of a large welding gun in which the bending of the welding gun becomes large.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for detecting the amount of movement between welding electrodes, which can accurately detect the amount of movement between welding electrodes during welding, thereby improving the accuracy of determining the quality of welding. It is in.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The object of the present invention is achieved by the following means.
(1) The pair of electrodes attached to the welding gun are moved in directions approaching each other by moving the driving unit of the electrode driving unit having the driving unit connected to at least one of the pair of electrodes. When welding the member to be welded by pressing the member to be welded by the pair of electrodes and detecting a movement amount between the welding electrodes, the pair of electrodes is moved in a direction away from or close to each other due to expansion and contraction of the nugget. A method for detecting the amount of movement between welding electrodes,
By adding the amount of movement of the drive unit in the direction of electrode movement due to expansion and contraction of the nugget during welding, and the amount of deflection of the welding gun due to the pressing force applied from the electrode to the member to be welded, A method for detecting the amount of movement between welding electrodes, comprising deriving the amount of movement between welding electrodes.
(2) The method according to claim 1, wherein the deflection amount is obtained by multiplying a stiffness coefficient relating to the pressing force of the welding gun obtained in advance and the pressing force.
(3) The method for detecting a movement amount between welding electrodes according to claim 2, wherein the pressing force is detected by a pressing force detecting means provided on the welding gun.
(4) The stiffness coefficient relating to the pressing force of the welding gun is defined by the following formula when the pair of electrodes are brought close to each other to generate at least two or more types of pressing forces. 4. The method according to claim 2, wherein the distance is calculated based on a relationship with the amount of movement.
(5) The amount of movement between welding electrodes according to claim 1, wherein the amount of deflection is obtained by multiplying a previously determined rigidity coefficient relating to the amount of distortion of the welding gun by the amount of distortion of the welding gun. Detection method.
(6) The method for detecting a movement amount between welding electrodes according to claim 5, wherein the distortion amount is detected by distortion amount detecting means provided on the welding gun.
(7) The stiffness coefficient relating to the amount of distortion of the welding gun includes the amount of distortion when the pair of electrodes are brought close to each other to generate at least two or more types of pressing force, and the movement of the driving unit in the electrode moving direction. 7. The method according to claim 5, wherein the distance is calculated based on a relationship with the amount.
(8) The pair of electrodes attached to the welding gun are moved in directions approaching each other by moving the driving unit of the electrode driving unit having the driving unit connected to at least one of the pair of electrodes. When welding the member to be welded by pressing the member to be welded by the pair of electrodes and detecting a movement amount between the welding electrodes, the pair of electrodes is moved in a direction away from or close to each other due to expansion and contraction of the nugget. A displacement detection device between the welding electrodes,
Drive unit movement amount detection means for detecting a movement amount of the drive unit in the electrode movement direction due to expansion and contraction of the nugget during welding,
Control for deriving the movement amount between the welding electrodes by adding the movement amount detected by the drive unit movement amount detection means and the bending amount of the welding gun due to the pressing force applied to the member to be welded from the electrode. Means,
A movement amount detection device between welding electrodes, comprising:
(9) There is provided a pressing force detecting means for detecting a pressing force applied from the electrode to the member to be welded, and the amount of bending is determined by a rigidity coefficient relating to the pressing force of the welding gun obtained in advance and the pressing force detecting means. 9. The apparatus for detecting a displacement between welding electrodes according to claim 8, wherein the apparatus is obtained by multiplying by a detected pressing force.
(10) Distortion amount detecting means for detecting a distortion amount of the welding gun when a pressing force is applied to the member to be welded from the electrode, wherein the bending amount is a rigidity relating to the distortion amount of the welding gun obtained in advance. 9. The apparatus according to claim 8, wherein the apparatus is obtained by multiplying a coefficient by a distortion amount detected by the distortion amount detecting means.
[0011]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects for each claim.
[0012]
According to the first, second, eighth, and ninth aspects of the present invention, by accurately detecting the amount of movement between the welding electrodes during welding, the degree of nugget formation is accurately grasped, and the quality of welding quality is determined. Accuracy can be improved.
[0013]
According to the fifth and tenth aspects of the present invention, by accurately detecting the amount of movement between welding electrodes during welding, the degree of nugget formation can be accurately grasped, and the accuracy of welding quality determination can be determined. In addition, since the amount of distortion of the welding gun is directly detected, the degree of freedom in the detection position of the amount of distortion is high, and the apparatus is simplified.
[0014]
According to the third aspect of the present invention, in addition to the effect of the second aspect of the present invention, the electrode is not affected by mechanical loss existing in the transmission path of the generated pressing force, so that the electrode to the member to be welded is not affected. The applied pressure can be detected more accurately, and the rigidity coefficient relating to the pressure of the welding gun can be calculated with higher accuracy.
[0015]
According to the invention described in claim 4, in addition to the effects of the invention described in claim 2 or 3, it is possible to easily find the stiffness coefficient relating to the pressing force of the welding gun without particularly adding a new configuration. The benefits are great. Moreover, the present invention can be commonly applied to various types of welding guns, and it is easy to appropriately check and correct the rigidity coefficient.
[0016]
According to the invention described in claim 6, in addition to the effect of the invention described in claim 5, it is not affected by the mechanical loss existing in the transmission path of the generated pressing force, so that the electrode to the member to be welded is not affected. The distortion amount of the welding gun due to the applied pressure can be detected more accurately, and the rigidity coefficient relating to the distortion amount of the welding gun can be calculated with higher accuracy.
[0017]
According to the seventh aspect of the present invention, in addition to the effects of the fifth or sixth aspect, it is possible to easily find the rigidity coefficient relating to the distortion amount of the welding gun without adding a new configuration. The benefits are great. Moreover, the present invention can be commonly applied to various types of welding guns, and it is easy to appropriately check and correct the rigidity coefficient.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7 and 14 of the accompanying drawings.
[0019]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a welding apparatus according to the present invention.
[0020]
This welding device includes a welding gun 10 and a control device 20.
[0021]
The welding gun 10 has a gun arm 11, a movable-side electrode 12 and a fixed-side electrode 14, a servomotor 18 (hereinafter simply referred to as a motor) as electrode driving means, and an encoder 19 as a driving unit movement amount detecting means. I have. This welding gun 10 is usually attached to the tip of a robot arm or the like.
[0022]
On the other hand, the control device 20 includes a central processing unit (CPU) 22, an auxiliary processing unit 24, and a storage unit 26.
[0023]
A rotating shaft (not shown) as a driving unit of the motor 18 is connected to the feed screw 15. The feed screw 15 is screwed to a support member 16 that supports the movable electrode 12. During the welding operation, the rotation of the rotating shaft of the motor 18 is transmitted to the feed screw 15. When the feed screw 15 rotates, the support member 16 moves downward, and the movable electrode 12 presses the member 1 to be welded with a predetermined pressure.
[0024]
The encoder 19 is attached to a rotating shaft of the motor 18 and measures a moving amount (a rotating amount of the rotating shaft) of a driving unit of the motor 18. The signal from the encoder 19 is transmitted to the CPU 22 and used for calculating the amount of movement between the welding electrodes during welding.
[0025]
Further, the CPU 22 outputs a command to pressurize or open the movable electrode 12 to the motor 18 in accordance with a welding program stored in the storage device 26 in advance, and controls the torque of the motor necessary for welding. Further, the CPU 22 controls the current applied to the electrodes.
[0026]
The storage device 26 stores welding programs, welding conditions (welding pressure, welding current, energizing time, energizing interval), and the like.
[0027]
In addition, since many of the welding guns using a servo motor as an electrode driving unit are positioned as robot applications, the control device 20 is generally often built in a robot control device. Accordingly, the motor 18 of the welding gun 10 is also operated and controlled as one axis of the robot, so that the motor 18 usually incorporates an encoder 19 which is a servo motor position detector.
[0028]
In this embodiment, in particular, a pressing force detector 17 as a pressing force detecting means for detecting a pressing force applied to the member 1 to be welded from the electrodes 12 and 14 is provided on the gun arm 11 of the welding gun 10 to which the electrodes are attached. Have been. Specifically, as shown in FIG. 1, the pressing force detector 17 is provided on a support member 16 that supports the movable electrode 12. However, the pressing force detector 17 can be provided at any part of the gun arm 11 as long as it can detect a pressing force equivalent to the pressing force generated between the electrodes. For example, a pressure sensor is used as the pressure detector 17. Specifically, a method of outputting a pressure value obtained through a diaphragm at an input portion of a strain gauge as an electric signal, a method of outputting a piezoelectric element, There is a method of directly outputting a pressure value as an electric signal by using a pressure sensor. However, since these pressure sensors are also known technologies, detailed description thereof will be omitted. Then, the signal from the pressure detector 17 is transmitted to the CPU 22. In the CPU 22, the pressing force applied to the member to be welded 1 is used for calculating the amount of movement between the electrodes during welding.
[0029]
The welding operation by the welding device is generally performed as follows. First, the electrodes 12 and 14 are pressed against the member 1 to be welded from above and below at a predetermined welding pressure. In a state where the member to be welded 1 is pressed, a welding current is supplied to the two electrodes 12 and 14 from a power source (not shown) under the control of the CPU 22 to open the welding. When welding is started, the formation of a nugget starts at the welding point on the member 1 to be welded, and the member melts and thermally expands. At this time, if the force due to the expansion of the nugget is stronger than the welding pressure, the electrode 12 is pushed back, and the motor 18 rotates in the reverse direction. Thereafter, when the power supply to the electrodes 12 and 14 is stopped, the nugget contracts. The expansion and contraction are performed for a predetermined time (welding time), an appropriate nugget is formed, and the welding is completed. The amount of movement of the electrode 12 due to expansion and contraction of the nugget during welding is measured by the encoder 19 as the amount of rotation of the rotating shaft of the motor 18.
[0030]
By the way, the gun arm 11 of the welding gun 10 deflects according to its rigidity when the electrode 12 is pressed against the member 1 to be welded and the torque of the motor 18 is increased. It comes to rest in a state where it is balanced with bending. When welding is started in this state, the amount of deflection of the gun arm 11 increases momentarily due to thermal expansion of the nugget formed on the member 1 to be welded. At this time, the balance between the pressing force and the deflection becomes imbalanced, the electrode 12 is pushed back until the balance is balanced, and the displacement of the electrode 12 is measured by the encoder 19.
[0031]
Therefore, the value measured by the encoder 19 is not the expansion / contraction amount of the nugget itself, but only the movement amount of the electrode 12 as the rotation amount of the rotating shaft of the motor. Therefore, it is not possible to accurately detect the amount of movement between the welding electrodes, which is the amount by which the pair of electrodes 12, 14 are moved away from and / or close to each other by the expansion and / or contraction of the nugget. . The present invention provides means for solving such a problem.
[0032]
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a method for detecting the amount of movement between welding electrodes, FIG. 3 is a control block diagram showing a method for detecting the amount of movement between welding electrodes, and FIG. 4 is a stiffness coefficient of a welding gun based on a pressing force. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a method of determining the welding force, and FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the pressing force and the amount of bending of the welding gun.
[0033]
As shown in FIGS. 2 and 3, in the present embodiment, the movement amount h in the electrode movement direction of the drive unit of the motor 18 (the axial feed amount corresponding to the rotation amount of the rotating shaft) and the electrodes 12 and 14 are used. By adding a bending amount pk1 obtained by multiplying a pressure p applied to the member to be welded 1 by a coefficient corresponding to the rigidity of the gun arm 11 (hereinafter, referred to as a rigidity coefficient k1 relating to the pressure), a distance between the welding electrodes is obtained. The movement amount H is derived (H = h + pk1). Here, the stiffness coefficient k1 relating to the pressing force is the amount of deflection of the gun arm in the electrode moving direction when a unit pressing force is applied, and the coefficient increases as the stiffness decreases, and decreases as the stiffness increases.
[0034]
That is, using the encoder 19, which is a servo motor position detector built in the motor 18, detects the movement amount h of the drive unit of the motor 18 in the electrode movement direction due to the thermal expansion and contraction of the nugget 2 during welding. The deflection pk1 of the gun arm 11 due to the thermal expansion and contraction of the nugget 2, which is not output by the encoder 19, is determined, and the sum of the two is added to determine the true amount of movement between the welding electrodes, ie, the pair of electrodes 12, 14 due to the expansion and contraction of the nugget. Are derived in such a way that they can be moved away from each other and approach each other.
[0035]
The deflection pk1 of the gun arm 11 can be obtained by multiplying the output of the pressure detector 17 by a stiffness coefficient k1 relating to the pressure. Here, since the pressing force detector 17 is provided on the gun arm 11 to which the electrodes 12 and 14 are fastened, compared to using the output value of the motor 18 as a driving means of the electrodes 12 and 14, for example, Unaffected by mechanical losses in the pressure transmission path. Therefore, the pressing force p applied to the workpiece 1 from the electrodes 12 and 14 can be detected more accurately, and the rigidity coefficient k1 relating to the pressing force of the gun arm 11 can be calculated with higher accuracy.
[0036]
As shown in FIGS. 3 and 4, the stiffness coefficient k1 relating to the pressing force of the gun arm 11 is equal to the pressing force when at least two or more types of pressing force are generated by bringing the pair of electrodes 12 and 14 close to each other. It is calculated based on the relationship with the rotation amount of the rotation shaft of the motor 18.
[0037]
That is, when calculating the stiffness coefficient k1 relating to the pressing force, first, an arbitrary motor generating force F is applied in advance by the motor 18 of the welding gun 10 and the output value of the pressing force detector 17 incorporated in the gun arm 11 at this time. The storage device stores the pressure p and a position h (an axial feed position corresponding to the rotational position of the rotating shaft, hereinafter referred to as a motor position) in the electrode moving direction of the drive unit of the motor 18 detected by using the encoder 19. 26. At the time of measurement, it is optional whether or not an inclusion such as the member to be welded 1 is sandwiched between the electrodes 12 and 14. Next, the pressure force p 'which is an output value of the pressure force detector 17 when an appropriate motor generating force F' different from the above is applied, and the motor position h 'detected by using the encoder 19 are further stored. It is stored in the device 26. In this way, at least two or more sets of data of the pressing force and the motor position are acquired.
[0038]
Here, the bending of the gun arm 11 due to the application of the pressing force appears as a change in the motor position. Therefore, the stiffness coefficient k1 relating to the pressing force of the gun arm 11 can be obtained by dividing the amount of change in the motor position at each point of the acquired data of the group, that is, the amount of bending of the gun arm 11 by the amount of change in the pressing force. it can.
[0039]
This has a great advantage that the rigidity coefficient k1 relating to the pressing force can be easily obtained without adding a new configuration. Moreover, the present invention can be commonly applied to various types of welding guns, and it is easy to appropriately check and correct the stiffness coefficient k1 relating to the pressing force.
[0040]
For example, when the data of the set of the pressing force and the motor position is two points (p, h) and (p ', h'), k1 = (h'-h) / (p'-p). .
[0041]
As shown in FIG. 5, when data of many points is acquired, a regression line A is obtained, and its slope can be used as a coefficient k1. When the rigidity of the welding gun is low, a regression line B having a large inclination in FIG. 5 is obtained, and when the rigidity is high, a regression line C having a small inclination is obtained.
[0042]
Next, a specific method of detecting the amount of movement between the electrodes in the welding device will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
[0043]
In the present embodiment, the rigidity coefficient k1 relating to the pressing force of the gun arm 11 is determined in advance before performing the welding operation.
[0044]
As shown in FIG. 6, the CPU 22 operates the motor 18 to move the movable electrode 12 at a low speed in the pressing direction, that is, in the direction approaching the electrode 14 (S11). When the electrode 12 reaches the position to press the member 1 to be welded (S12), one pressing force arbitrarily determined within the range of the allowable maximum pressing force of the welding gun is set (S13). The pressing force set here is actually controlled by, for example, the torque value of the motor 18.
[0045]
The CPU 22 operates the motor 18 to apply pressure to the set pressing force as a target (S14). When the set pressure is reached (S15), the CPU 22 stores the axial position data of the movable electrode 12 detected by using the encoder 19 in the storage device 26 (S16), and incorporates the data into the gun arm 11. The output data (actually generated pressure) of the applied pressure detector 17 is stored in the storage device 26 (S17).
[0046]
When the operations of S13 to S17 are repeated at least twice or more, and the measurement of the data of the set of the pressing force and the motor position, that is, the set of the pressing force and the bending amount of the welding gun is completed (S18), as shown in FIG. Then, a regression line between the pressing force and the bending amount of the welding gun is calculated (S19). Then, the rigidity coefficient k1 relating to the pressing force of the gun arm 11 is calculated from the slope of the regression line (S20).
[0047]
Next, the welding operation is started. After moving the robot gun (not shown) to move the welding gun 10 to the welding position of the workpiece 1, the CPU 22 operates the motor 18 to move the movable electrode 12 in the pressing direction, that is, in the direction approaching the electrode 14, at a low speed. It is moved (S31). When the electrode 12 reaches the position where the member to be welded 1 is pressed (S32), the CPU 22 operates the motor 18 to perform the pressing with the target welding pressure set in advance as the welding condition. When the welding pressure is reached (S34), the CPU 22 determines the axial position data h0 of the movable electrode 12 detected using the encoder 19 and the output data (actual data) of the pressure detector 17 incorporated in the gun arm 11. The generated pressure (p0) is stored in the storage device 26 (S35).
[0048]
Then, after inputting n = 1 as the first measurement (S36), energization is started with the welding current set as the welding condition (S37). The CPU 22 stores the axial position data hn of the movable electrode 12 detected using the encoder 19 in the storage device 26 (S38), and calculates the amount of movement Hnh of the movable electrode 12 from before the start of energization, by Hnh = hn−h0. It is calculated by the following equation. Further, the output data pn of the pressure detector 17 incorporated in the gun arm 11 is stored in the storage device 26 (S40).
[0049]
Then, using the stiffness coefficient k1 relating to the pressing force of the gun arm 11 obtained from FIG. 6, the bending amount Hnp of the welding gun from before the start of energization is calculated by the formula of Hnp = (pn-P0) × k1 (S41). ). The true displacement Hn between the welding electrodes is calculated by Hn = Hnh + Hnp (S42). The operations of S38 to S42 described above are repeated, and the values of the inter-electrode movement amount Hn are obtained at predetermined time intervals of n = 1, 2,... (S45). When it is determined that the preset energization time has been completed (S43), the energization is stopped (S44).
[0050]
FIG. 14 is a diagram showing an example of a temporal change in the movement amount between the welding electrodes obtained by the detection method of FIG.
[0051]
As shown in FIG. 14, a true displacement between welding electrodes cannot be obtained only by the motor position h, and a bending amount pk1 obtained by multiplying the pressing force p by the rigidity coefficient k1 relating to the pressing force of the welding gun is used as the motor position h. It can be seen that the true addition amount H between the welding electrodes can be obtained only by the addition. Then, from the graph of the true movement amount H between the welding electrodes, for example, the maximum value, the slope, or the amount of change due to shrinkage, the degree of formation of the nugget can be ascertained, and as a result, the quality of welding quality can be determined.
[0052]
As described above, according to the present embodiment, by accurately detecting the amount of movement between the welding electrodes during welding, it is possible to accurately grasp the formation state of the nugget and improve the accuracy of the determination of the quality of the welding quality. it can.
[0053]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0054]
FIG. 8 is a block diagram schematically showing a case where a distortion amount detector 7 is provided in place of the pressure detector 17 of the welding apparatus shown in FIG. 1, and the same reference numerals denote the same components as those in FIG. The description is omitted here.
[0055]
The welding gun 10 has a gun arm 11, a movable-side electrode 12 and a fixed-side electrode 14, a servomotor 18 (hereinafter simply referred to as a motor) as electrode driving means, and an encoder 19 as a driving unit movement amount detecting means. The welding gun 10 is attached to a tip of a robot arm or the like. The welding gun 10 is connected to the control device 20 and outputs a command to pressurize or open the movable electrode 12 to the motor 18 by the CPU 22 in accordance with a welding program stored in the storage device 26 in advance. Since the control of the torque of the motor and the like are the same as those in FIG. 1, illustration and detailed description are omitted.
[0056]
A rotating shaft (not shown) as a driving unit of the motor 18 is connected to the feed screw 15. The feed screw 15 is screwed to a support member 16 that supports the movable electrode 12. During the welding operation, the rotation of the rotating shaft of the motor 18 is transmitted to the feed screw 15. When the feed screw 15 rotates, the support member 16 moves downward, and the movable electrode 12 presses the member 1 to be welded with a predetermined pressure.
[0057]
When a pressure is applied to the member 1 to be welded from the electrodes 12 and 14, the distortion amount detector 7 as a distortion amount detecting means for detecting the distortion amount of the welding gun 10 is connected to the gun arm 11 to which the electrode is attached. It is provided in. Specifically, as shown in FIG. 8, the distortion amount detector 7 is provided on a support member 16 that supports the movable electrode 12.
[0058]
However, the strain amount detector 7 can be provided at any portion of the gun arm 11 as long as the portion can detect the strain amount generated by the pressing force generated between the electrodes. May be provided. Further, as the strain amount detector 7, for example, a strain sensor is used. More specifically, a strain amount obtained by a strain gauge is directly output as an electric signal, or a strain amount is obtained by laminating piezoelectric elements. There is a method of outputting the electric signal as an electric signal, etc., and these distortion sensors themselves are well-known technologies, and thus detailed description thereof will be omitted. In particular, since the distortion amount detector 7 according to the second embodiment is attached to the gun arm 11 or the like and directly detects the distortion amount, the mountability is better and the structure is better than the pressure detector 17. It is simple.
[0059]
Then, the signal from the distortion amount detector 7 is transmitted to the CPU 22. In the CPU 22, the pressing force applied to the member to be welded 1 is used for calculating the amount of movement between the electrodes during welding.
[0060]
The welding operation by the welding device is generally performed as follows. First, the electrodes 12 and 14 are pressed against the member 1 to be welded from above and below at a predetermined welding pressure. In a state where the member to be welded 1 is pressed, a welding current is supplied to the two electrodes 12 and 14 from a power source (not shown) under the control of the CPU 22 to open the welding. When welding is started, the formation of a nugget starts at the welding point on the member 1 to be welded, and the member melts and thermally expands. At this time, if the force due to the expansion of the nugget is stronger than the welding pressure, the electrode 12 is pushed back, and the motor 18 rotates in the reverse direction. Thereafter, when the power supply to the electrodes 12 and 14 is stopped, the nugget contracts. The expansion and contraction are performed for a predetermined time (welding time), an appropriate nugget is formed, and the welding is completed. The amount of movement of the electrode 12 due to expansion and contraction of the nugget during welding is measured by the encoder 19 as the amount of rotation of the rotating shaft of the motor 18.
[0061]
By the way, when the electrode 12 is pressed against the member 1 to be welded and the torque of the motor 18 is increased, the gun arm 11 bends in accordance with its rigidity. Stand still in a state where it is removed. When welding is started in this state, the amount of deflection of the gun arm 11 increases momentarily due to thermal expansion of the nugget formed on the member 1 to be welded. At this time, the balance between the pressing force and the deflection becomes imbalanced, the electrode 12 is pushed back until the balance is balanced, and the displacement of the electrode 12 is measured by the encoder 19.
[0062]
Therefore, the value measured by the encoder 19 is not the expansion / contraction amount of the nugget itself, but only the movement amount of the electrode 12 as the rotation amount of the rotating shaft of the motor. Therefore, it is not possible to accurately detect the amount of movement between the welding electrodes, which is the amount by which the pair of electrodes 12, 14 are moved away from and / or close to each other by the expansion and / or contraction of the nugget. . The present invention provides means for solving such a problem.
[0063]
9 is a schematic diagram for explaining a method for detecting the amount of movement between welding electrodes, FIG. 10 is a control block diagram showing a method for detecting the amount of movement between welding electrodes, and FIG. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method for obtaining a coefficient.
[0064]
As shown in FIGS. 9 and 10, in the present embodiment, the movement amount h in the electrode movement direction of the drive unit of the motor 18 (the axial feed amount corresponding to the rotation amount of the rotating shaft) and the electrodes 12 and 14 The deflection amount Δxk2 obtained by multiplying a coefficient corresponding to the rigidity related to the distortion amount Δx of the gun arm 11 caused by the pressure applied to the workpiece 1 (hereinafter, referred to as a rigidity coefficient k2 related to the distortion amount) is added. To derive the displacement H between the welding electrodes (H = h + Δxk2). Here, the stiffness coefficient k2 relating to the amount of distortion is the amount of deflection in the electrode moving direction of the welding gun with respect to the amount of unit distortion generated by a predetermined pressing force, and the coefficient increases as the stiffness decreases, and decreases as the stiffness increases. Become.
[0065]
That is, by using the encoder 19 which is a servo motor position detector built in the motor 18, the amount of movement Δh in the electrode moving direction of the drive unit of the motor 18 due to the thermal expansion / contraction of the nugget 2 during welding is detected. The deflection amount Δxk2 of the gun arm 11 due to the thermal expansion and contraction of the nugget 2 that is not output by the encoder 19 is obtained, and the sum of the two is added to determine the true amount of movement between the welding electrodes, that is, the pair of electrodes 12 and 14 Are derived in such a way that they can be moved away from each other and approach each other.
[0066]
The deflection amount Δxk2 of the gun arm 11 can be obtained by multiplying the output of the distortion amount detector 7 by a rigidity coefficient k2 relating to the distortion amount. Here, since the distortion amount detector 7 is provided on the gun arm 11 to which the electrodes 12 and 14 are fastened, compared with the case where the output value of the motor 18 as a driving means of the electrodes 12 and 14 is used, for example, Unaffected by mechanical losses in the pressure transmission path. Therefore, it is possible to more accurately detect the amount of distortion caused by the pressing force applied to the member to be welded 1 from the electrodes 12 and 14, and it is possible to calculate the rigidity coefficient k2 relating to the amount of distortion of the gun arm 11 with higher accuracy. .
[0067]
As shown in FIGS. 10 and 11, the stiffness coefficient k2 relating to the distortion amount of the welding gun obtained based on the distortion amount is obtained when at least two or more types of pressing force are generated by bringing the pair of electrodes 12 and 14 close to each other. , And the relationship between the amount of distortion and the amount of rotation of the rotating shaft of the motor 18.
[0068]
That is, when calculating the stiffness coefficient k2 relating to the distortion amount, first, an arbitrary motor generating force F is applied in advance by the motor 18 of the welding gun 10 (the pressing force applied to the electrodes 12 and 14 at this time is P0) and incorporated into the gun arm 11 in advance. The distortion amount Δx0 is output from the distortion amount detector 7, and the output value Δx0 and the position h (the axis corresponding to the rotation position of the rotation axis) in the electrode moving direction of the drive unit of the motor 18 detected by the encoder 19 are used. Direction feed position, hereinafter referred to as motor position) in the storage device 26.
[0069]
At the time of measurement, it is optional whether or not an inclusion such as the member to be welded 1 is sandwiched between the electrodes 12 and 14. Next, an appropriate motor generating force F 'different from the above is applied (the pressing force applied to the electrodes 12 and 14 at this time is pn), and the distortion amount Δxn output from the distortion amount detector 7 and the encoder 19 are used. The detected motor position h 'is further stored in the storage device 26. In this way, at least two or more sets of data of the pressing force and the motor position are acquired.
[0070]
Here, the bending of the gun arm 11 due to the application of the pressing force appears as a change in the motor position. Therefore, the rigidity coefficient k2 of the gun arm 11 can be obtained by dividing the amount of change in the motor position at each point of the acquired data of the set, that is, the amount of deflection of the gun arm 11 by the amount of change in the amount of distortion.
[0071]
By doing so, there is a great advantage that the rigidity coefficient k2 relating to the distortion amount can be easily obtained without adding a new configuration. Moreover, the present invention can be commonly applied to various types of welding guns, and it is also easy to appropriately check and correct the stiffness coefficient k2 relating to the amount of distortion.
[0072]
For example, when the data of the set of the amount of distortion and the motor position is two points (Δx0, h) and (Δxn, h ′), k2 = (h′−h) / (Δxn−Δx0).
[0073]
At this time, when acquiring data of a large number of points, a regression line can be obtained by the least squares method, and its slope can be used as the coefficient k2. As a method of deriving the regression equation, first, an arbitrary pressing force is applied by the motor 18 of the welding gun 10, and the output value Δx0 of the distortion detector 7 and the position h0 of the motor 18 at that time are stored in the storage device. Next, an arbitrary pressing force different from the previous time is applied, and the output value Δx1 of the distortion amount detector 7 and the position h1 of the motor 18 at that time are stored in the storage device 26. Similarly, at least two points (Δx0 to Δxn, h0 to hn) of the motor position and the distortion amount are obtained, and then the least squares method is performed from the change amount of the distortion amount at each point and the change amount of the electrode moving direction. A regression equation can be derived using the method. However, since the least squares method and the like are known, detailed description thereof will be omitted.
[0074]
Next, a specific method of detecting the amount of movement between the electrodes in the welding device will be described with reference to the flowcharts shown in FIGS.
[0075]
In the present embodiment, a rigidity coefficient k2 relating to the amount of distortion of the gun arm 11 is determined in advance before performing the welding operation.
[0076]
As shown in FIG. 12, the CPU 22 operates the motor 18 to move the movable electrode 12 at a low speed in the pressing direction, that is, in the direction approaching the electrode 14 (S11). When the electrode 12 reaches the position to press the member 1 to be welded (S12), one pressing force arbitrarily determined within the range of the allowable maximum pressing force of the welding gun is set (S13). The pressing force set here is actually controlled by, for example, the torque value of the motor 18.
[0077]
The CPU 22 operates the motor 18 to apply pressure to the set pressing force as a target (S14). When the set pressure is reached (S15), the CPU 22 stores the axial position data of the movable electrode 12 detected by using the encoder 19 in the storage device 26 (S16), and incorporates the data into the gun arm 11. The output data (actually generated distortion amount) of the obtained distortion amount detector 7 is stored in the storage device 26 (S17).
[0078]
The operations of S13 to S17 are repeated at least twice or more, and when the measurement of all the data of the set of the distortion amount and the motor position, that is, the distortion amount and the bending amount of the welding gun is completed (S18), the regression line is calculated. (S19). Then, the rigidity coefficient k2 relating to the amount of distortion of the gun arm 11 is calculated from the slope of the regression line (S20).
[0079]
Next, the welding operation is started. After moving the robot gun (not shown) to move the welding gun 10 to the welding position of the workpiece 1, the CPU 22 operates the motor 18 to move the movable electrode 12 in the pressing direction, that is, in the direction approaching the electrode 14, at a low speed. It is moved (S31). When the electrode 12 reaches the position where the member to be welded 1 is pressed (S32), the CPU 22 operates the motor 18 to perform the pressing with the target welding pressure set in advance as the welding condition. When the welding pressure is reached (S34), the CPU 22 determines the axial position data h0 of the movable electrode 12 detected using the encoder 19 and the output data (actual data) of the distortion amount detector 7 incorporated in the gun arm 11. The generated distortion amount) x0 is stored in the storage device 26 (S35).
[0080]
Then, after inputting n = 1 as the first measurement (S36), energization is started with the welding current set as the welding condition (S37). The CPU 22 stores the axial position data hn of the movable electrode 12 detected using the encoder 19 in the storage device 26 (S38), and calculates the amount of movement Hnh of the movable electrode 12 from before the start of energization, by Hnh = hn−h0. It is calculated by the following equation. Further, the output data Xn of the distortion amount detector 7 incorporated in the gun arm 11 is stored in the storage device 26 (S40).
[0081]
Next, using the stiffness coefficient k2 of the gun arm 11 obtained from FIG. 12, the bending amount Hnx of the welding gun from before the start of energization is calculated by the formula of Hnx = (xn−x0) × k2 (S41). The true movement amount Hn between the welding electrodes is calculated by Hn = Hnh + Hnx (S42). The operations of S38 to S42 described above are repeated, and the values of the inter-electrode movement amount Hn are obtained at predetermined time intervals of n = 1, 2,... (S45). When it is determined that the preset energization time has been completed (S43), the energization is stopped (S44).
[0082]
Here, an example of a temporal change of the movement amount between the welding electrodes obtained by the detection method of FIG. 13 is as shown in FIG.
[0083]
As shown in FIG. 14, the true movement amount between the welding electrodes cannot be obtained only by the motor position h, and the bending amount Δxk2 obtained by multiplying the distortion amount Δx by the rigidity coefficient k2 related to the distortion amount of the welding gun is used as the motor position h. It can be seen that the true addition amount H between the welding electrodes can be obtained only by the addition. Then, from the graph of the true movement amount H between the welding electrodes, for example, the maximum value, the slope, or the amount of change due to shrinkage, the degree of formation of the nugget can be ascertained, and as a result, the quality of welding quality can be determined.
[0084]
As shown in FIG. 8, an example is shown in which the distortion amount detector 7 is provided on the support member 16 on the movable electrode 12 side of the welding gun 10, but for example, as shown by a dotted line, In such a case, the amount of distortion of the gun arm 11 due to the pressing force increases, so that a larger output value can be obtained, and the accurate amount of distortion can be detected. . That is, the welding gun 10 is referred to as a C gun type, and has a structure of the gun arm 11 in which the fixed electrode goes around greatly to avoid interference with the member to be welded. Therefore, a large amount of distortion can be obtained with a small pressing force in the large curved gun arm 11 on the fixed electrode side.
[0085]
As described above, according to the present embodiment, by accurately detecting the amount of movement between the welding electrodes during welding, it is possible to accurately grasp the formation state of the nugget and improve the accuracy of the determination of the quality of the welding quality. it can.
[0086]
FIGS. 15 and 16 are block diagrams showing still another embodiment. In the first embodiment and the second embodiment, the C gun type has been described as the form of the welding gun 10. It shows which of the welding force detector 17 and the distortion amount detector 7 should be selected as the form of the welding gun.
[0087]
Here, FIG. 15 shows a stud gun type in which one electrode presses from one side of the member 1 to be welded, and FIG. 16 shows an X gun type in which a work is sandwiched between a pair of electrodes.
[0088]
The stud gun type welding gun 30 shown in FIG. 15 is attached to a support portion 33 provided at a joint 31f of a 6-DOF robot having arms 35a to 35d and joints 31a to 31f (the arm is connected to the joint 31f). And the support portion 33 may be attached to the tip of the arm). The movable part 12 is provided on the support part 33 via an electrode holder 36, and the servo motor 18 (hereinafter simply referred to as a motor) as an electrode driving means and the encoder 19 as a driving part moving amount detecting means are provided. have. On the other hand, the fixed side electrode 14 is provided on the fixed portion 34 at a position facing the movable side electrode 12.
[0089]
Although the welding gun 30 is connected to the control device 20 (not shown), the description is omitted because it is the same as in the above-described embodiment.
[0090]
A rotary shaft (not shown) as a drive unit of the motor 18 is connected to a feed screw (not shown). The rotation of the feed screw causes the electrode holder 36 to move downward, so that the movable electrode 12 is welded. The member 1 is pressed with a predetermined pressure W.
[0091]
The encoder 19 is attached to a rotating shaft of the motor 18 and measures a moving amount (a rotating amount of the rotating shaft) of a driving unit of the motor 18. The signal from the encoder 19 is transmitted to a CPU 22 (not shown) and used for calculating the amount of movement between the welding electrodes during welding. The CPU 22 operates the motor in accordance with a welding program stored in a storage device 26 in advance. A command to pressurize or release the movable side electrode 12 is output to 18 to control the motor torque necessary for welding. Further, the CPU 22 also controls the current applied to the electrodes, but the description is omitted because it is the same as described above.
[0092]
In this embodiment, in particular, a pressure detector 17 for detecting a pressure applied from the electrodes 12 and 14 to the member 1 to be welded is provided in the electrode holder 36.
The pressing force detector 17 is constituted by a pressure sensor similar to that described in FIG.
[0093]
In the stud gun type shown in this example, the force point at which the pressing force is generated and the power point of the electrode are located coaxially or in the vicinity and do not have a long gun arm, so that the amount of distortion generated is very small. On the other hand, in terms of sensor mountability, in the stud gun type, the gun structure is coupled to the electrode via the electrode holder 36, so that the pressing force detector 17 can be easily attached. Therefore, it is preferable to use the pressing force detector 17 in this stud gun type.
[0094]
The X gun type welding gun 40 shown in FIG. 16 is attached to a joint 41f of a 6-DOF robot having arms 45a to 45d and joints 41a to 41f via a support (not shown). An arm may be provided, and a support may be attached to the end of the arm). The supporting portion (not shown) has a servo motor 48 (hereinafter simply referred to as a motor) as an electrode driving means and an encoder (not shown) as a driving portion movement amount detecting means. Further, a pair of gun arms 41, 41 is provided at an output portion of the motor 48, and the pair of gun arms 41, 41 is opened and closed by a drive transmission mechanism (not shown). Therefore, illustration and description are omitted. Movable electrodes 12, 12 are provided at the tips of a pair of gun arms 41, 41 of the welding gun 40, respectively. When the pair of gun arms 41 is closed, the movable electrodes 12, 12 are welded. The member 1 is sandwiched and pressed with a predetermined pressure W.
[0095]
Although the welding gun 30 is connected to the control device 20 (not shown), the description is omitted because it is the same as in the above-described embodiment.
[0096]
In this embodiment, in particular, a strain amount detector 7 for detecting a strain amount generated when a predetermined pressure is applied to the member 1 to be welded to each of the pair of gun arms 41 provided with the movable electrodes 12. , 7 are provided.
[0097]
Note that the distortion amount detector 7 is configured by the same distortion sensor as that described in the second embodiment shown in FIG.
[0098]
The X gun type shown in this example has gun arms 41 on both sides of the movable electrode, and since the axis of the force point at which the pressing force is generated and the axis of the electrode force are long, the amount of distortion generated at both gun arms 41, 41 becomes large. . On the other hand, in terms of sensor mountability, the pressure detector must be incorporated as a part of the gun arms 41, 41 and must be directly subjected to the pressure, and are attached to the gun arms 41, 41, which serve as electric paths for welding current. Must complicate the structure. On the other hand, in the case of the distortion amount detector 7, since it is only necessary to stick the side surfaces of the gun arms 41, 41, the sticking is easy. Therefore, it is preferable to use the distortion amount detector 7 in this type.
[0099]
In the C gun type shown in FIGS. 1 and 8, if the pressure sensor is provided on the movable electrode side as described above, the mounting is easy, but the amount of distortion is very small. Is preferably a pressure detector.
[0100]
On the other hand, since the fixed-side electrode has a long and greatly curved gun arm 11, a large amount of distortion can be obtained with a small pressing force. Therefore, when a sensor is provided on the fixed-side electrode, it is preferable to provide a distortion amount detector It is. Further, since the distortion amount detector is directly attached to the gun arm 11 to detect the amount of distortion, the degree of attachment position is high, the mounting is easy, and the device is simple.
[0101]
The embodiments to which the present invention is applied have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments. For example, in the above-described embodiment, a welding device using a servo motor is shown as the electrode driving unit. However, an oil cylinder or an air cylinder may be used instead of the welding device. As a means for detecting the amount of movement of the drive unit, for example, a gauge for measuring the amount of movement of the piston and return is used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram schematically showing a welding apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a method of detecting a movement amount between welding electrodes.
FIG. 3 is a control block diagram illustrating a method of detecting a movement amount between welding electrodes.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method for obtaining a stiffness coefficient of a welding gun.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a pressing force and a bending amount of a welding gun.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a method for determining a stiffness coefficient of a welding gun.
FIG. 7 is a flowchart showing a specific method for detecting the amount of movement between welding electrodes.
FIG. 8 is a block diagram schematically showing another embodiment of the welding apparatus according to the present invention.
FIG. 9 is a schematic diagram for explaining a method for detecting the amount of movement between welding electrodes.
FIG. 10 is a control block diagram illustrating a method for detecting a movement amount between welding electrodes.
FIG. 11 is a schematic diagram for explaining a method for obtaining a stiffness coefficient of a welding gun.
FIG. 12 is a flowchart illustrating a method for determining a stiffness coefficient of a welding gun.
FIG. 13 is a flowchart showing a specific method for detecting the amount of movement between welding electrodes.
FIG. 14 is a graph showing an example of a temporal change in the amount of movement between welding electrodes obtained by the detection method of FIG. 7 or FIG.
FIG. 15 is a block diagram schematically showing another embodiment of the welding apparatus according to the present invention.
FIG. 16 is a block diagram schematically showing another embodiment of the welding apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Member to be welded
2 ... nuggets,
7... Distortion amount detector (distortion amount detecting means)
10 ... welding gun,
11 ... gun arm,
12, 14, ... electrodes,
17 ... Pressure force detector (Pressure force detection means)
18 ... servo motor (electrode driving means),
19 ··· Encoder (drive unit movement amount detection means)
20 control device,
41 ... gun arm,
k1: rigidity coefficient related to pressing force,
k2: Stiffness coefficient related to the amount of strain.

Claims

The pair of electrodes attached to the welding gun are moved in directions approaching each other by moving the driving unit of the electrode driving means having a driving unit connected to at least one of the pair of electrodes, and A welding electrode for detecting a movement amount between welding electrodes in which the pair of electrodes are moved in a direction in which the pair of electrodes move away from or close to each other due to expansion and contraction of a nugget when welding is performed by pressing a member to be welded by the electrodes and applying a current to the member; Inter-movement amount detection method,
By adding the amount of movement of the drive unit in the direction of electrode movement due to expansion and contraction of the nugget during welding, and the amount of deflection of the welding gun due to the pressing force applied from the electrode to the member to be welded, A method for detecting the amount of movement between welding electrodes, comprising deriving the amount of movement between welding electrodes.

2. The method according to claim 1, wherein the amount of deflection is obtained by multiplying a predetermined rigidity coefficient relating to the pressing force of the welding gun by the pressing force. 3.

3. The method according to claim 2, wherein the pressing force is detected by a pressing force detecting unit provided on the welding gun.

The rigidity coefficient relating to the pressing force of the welding gun is, when the pair of electrodes are brought close to each other to generate at least two or more types of pressing force, the pressing force and the amount of movement of the driving unit in the electrode moving direction. The method according to claim 2 or 3, wherein the distance is calculated based on the following relationship.

The method according to claim 1, wherein the amount of deflection is obtained by multiplying a previously determined rigidity coefficient relating to the amount of distortion of the welding gun by the amount of distortion of the welding gun.

The method according to claim 5, wherein the distortion amount is detected by a distortion amount detection unit provided in the welding gun.

The rigidity coefficient relating to the amount of distortion of the welding gun is defined by the amount of distortion when the pair of electrodes are brought close to each other to generate at least two or more types of pressing force, and the amount of movement of the driving unit in the electrode moving direction. The method according to claim 5, wherein the distance is calculated based on the relationship.

The pair of electrodes attached to the welding gun are moved in directions approaching each other by moving the driving unit of the electrode driving means having a driving unit connected to at least one of the pair of electrodes, and A welding electrode for detecting a movement amount between welding electrodes in which the pair of electrodes are moved in a direction in which the pair of electrodes move away from or close to each other due to expansion and contraction of a nugget when welding is performed by pressing a member to be welded by the electrodes and applying a current to the member; An inter-movement amount detection device,
Drive unit movement amount detection means for detecting a movement amount of the drive unit in the electrode movement direction due to expansion and contraction of the nugget during welding,
Control for deriving the movement amount between the welding electrodes by adding the movement amount detected by the drive unit movement amount detection means and the bending amount of the welding gun due to the pressing force applied to the member to be welded from the electrode. Means,
A movement amount detection device between welding electrodes, comprising:

A pressurizing force detecting means for detecting a pressurizing force applied to the member to be welded from the electrode, wherein the amount of deflection is detected by a rigidity coefficient relating to the pressurizing force of the welding gun and a pressurizing force detecting means which are obtained in advance. 9. The apparatus according to claim 8, wherein the apparatus is obtained by multiplying the applied pressure by a pressure.

The welding gun has a strain amount detecting means for detecting a strain amount of the welding gun when a pressing force is applied to the member to be welded from the electrode, wherein the bending amount is a rigidity coefficient relating to the strain amount of the welding gun determined in advance, and 9. The apparatus for detecting a movement amount between welding electrodes according to claim 8, wherein the apparatus is obtained by multiplying by a distortion amount detected by a distortion amount detecting means.